Skip to content

定义Definition

可表示拟阵

Representable matroid · Linear matroid

能由某个域上矩阵列向量的线性无关关系实现的拟阵。

形式陈述 ​

设 M=(E,I) 是有限拟阵,F 是域。若存在一个列由 E 标号的 F 上矩阵 A,使对每个 X⊆E 都有

X∈I⟺(Ae)e∈X 在 F 上线性无关,

这里检验的是带标号的列族,不能把数值相同的列合并成一个向量。例如两列都为 (1,0)T 时,两个标号组成的族有关系 Aa−Ab=0,因而相关;去重后的一元素向量集却无关,会改变拟阵。

满足上述条件,就称 M 可在 F 上表示,并写 M=MF[A]。若它可在某个域上表示,则称 M 为可表示拟阵。

左乘可逆矩阵,也就是对 A 作可逆行变换,不改变列之间的线性依赖;把任一非零列乘以非零标量同样不改变拟阵。零列对应 loop,互为非零标量倍数的两列对应平行元素。这些操作给出同一拟阵的新表示,但并非所有同一拟阵的矩阵表示都必须由一组此类操作互相得到。

直觉

可表示拟阵只保留一组向量“哪些子集线性无关”的骨架,忘掉坐标值和依赖关系中的具体系数。它把线性无关的交换性质带入纯组合环境,同时允许不同向量配置在丢弃坐标后成为同一个拟阵。

域是表示数据的一部分。线性方程中的加法与标量会随域的特征变化,同一组组合依赖可能在一个域中实现、在另一个域中不可能实现。因此“可表示”不能在讨论特定表示性质时省略底域。

例子与边界

给无自环图的边任取方向,以顶点–边有向关联矩阵的列标记边;每列在边的起点为 −1、终点为 1,其余为 0。删去每个连通分量的一行后,该矩阵在任意域上表示图拟阵:一组列线性无关,当且仅当对应边集不含圈。因此图拟阵是可在每个域上表示的 regular matroid。

Fano 拟阵可由 F23 中七个非零向量作为列表示。每条“直线”上的三列满足 u+v+w=0,形成三元素回路。它可在且只能在特征 2 的域上表示;若把同一组合依赖强行放到特征不为 2 的域,相关关系会彼此冲突。这是底域不可省略的标准边界。

并非每个拟阵都可表示,Vámos 拟阵就是不能在任何域上表示的例子。即使一个拟阵可表示,不同表示也可能不具有投影等价性;“行变换和列缩放保持拟阵”是充分的不变操作,不是表示唯一性定理。

推论与应用

矩阵表示把拟阵秩变成列秩,把闭包变成线性张成内的已标号列,把回路变成极小线性相关列集。于是秩与闭包、回路都可用线性代数计算,同时仍保留图拟阵等组合例子的统一语言。

可表示性还连接编码理论,但必须区分矩阵约定。对有限域上的非零线性码 C=ker⁡H,校验矩阵 H 的最小相关列集大小等于 C 的最小汉明距离:非零码字正是列之间的非平凡关系,其最小支撑必为回路。若 C={0},则没有这种非零码字,也没有回路;不能无约定地取一个空集合的最小值。

若 G 的行生成 C,则 ker⁡G=C⊥,所以 G 的回路给出的是非零对偶码 C⊥ 的最小距离;原码的距离对应生成矩阵拟阵的余回路。例如二元重复码 C={000,111} 的距离是 3,但生成矩阵 G=(1,1,1) 的最小相关列集只有两列。列依赖的完整拟阵仍然决定原码距离,只是须通过对偶来读出。

对表示矩阵的删列对应拟阵删除,对非 loop 元素的收缩可由基变换后删除相应行列实现。底域特征限制则把组合禁形与线性表示理论联系起来。

对偶的核矩阵证明令 B 的行构成满行秩矩阵 A 的核的一组基,再对任意标号集 X 作坐标投影,得到 rB(X)=|X|−rA(E)+rA(E∖X)。因此 B 在同一域上表示原拟阵的对偶。四列例子同时列出两个实际矩阵及全部基,证明只用线性代数的秩—零度公式,不把“行变换保持拟阵”误当作表示唯一性。

参考资料
  • James Oxley,Briefly, What Is a Matroid?,§1:带标号列、回路公理及图拟阵的正则性;该简述陈述结果,详细证明见所列专著。

  • James Oxley, Matroid Theory, 2nd ed., Oxford University Press, 2011, Chapters 2 and 6.

  • Alexander Schrijver, Combinatorial Optimization: Polyhedra and Efficiency, Springer, 2003, Volume B, chapters on matroid representations.

关系图谱13 个相邻概念 · 3 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组
分类位置

上位 / 更一般

下位 / 直接特例

类型化关系